KR102381384B1 - 높은 전력 효율을 제공하는 led 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 기기 - Google Patents

높은 전력 효율을 제공하는 led 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 기기 Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 LED(light emitting diode)들을 포함하는 LED 어레이를 구동하기 위한 LED 구동 장치는, 교류 전압으로부터 정류된 전압을 LED 어레이에 제공하는 정류기, LED 구동 전류를 복수의 제1 노드들을 통해서 순차적으로 LED 어레이로부터 인출하는 LED 드라이버, 및 복수의 제2 노드들을 통해서 LED 어레이에 연결되는 제1 스위치 회로를 포함할 수 있고, 제1 스위치 회로는, 복수의 제1 노드들 중 하나인 제1 공통 노드에 공통으로 연결되고 복수의 제2 노드들 각각에 연결된, 복수의 제1 스위치들, 및 복수의 제1 스위치들이 순차적으로 온(on)되고 순차적으로 오프(off)되도록, 복수의 제1 스위치들을 제어하는 제1 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

높은 전력 효율을 제공하는 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 기기{LED DRIVING DEVICE PROVIDING HIGH POWER EFFICIENCY AND LIGHTING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 개시의 기술적 사상은 LED(light emitting diode)에 관한 것으로서, 자세하게는 높은 전력 효율을 제공하는 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 기기에 관한 것이다.
발광 소자의 일예로서 발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 양호한 전력소모 및 작은 크기에 기인하여 다양한 어플리케이션들에 사용되고 있다. 통과하는 전류의 크기에 따라 LED에서 방출되는 빛의 세기가 좌우될 수 있고, 교류(AC) 전압을 전원으로 하는 조명 기기는 교류 전압으로부터 LED에 적절한 전류를 제공하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다. 이에 따라, 교류 전원으로부터 LED에 효율적으로 전류를 제공하는 것이 요구될 수 있다. 또한, 환경에 따라 상이하게 공급되는 교류 전압의 크기에도 불구하고 조명 기기는 빛을 안정적으로 출력할 것이 요구될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상은, 다양한 환경들에서 높은 전력 효율을 제공하는 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 기기를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따라, 적어도 하나의 LED(light emitting diode)들을 포함하는 LED 어레이를 구동하기 위한 LED 구동 장치는, 교류 전압으로부터 정류된 전압을 LED 어레이에 제공하는 정류기, LED 구동 전류를 복수의 제1 노드들을 통해서 순차적으로 LED 어레이로부터 인출하는 LED 드라이버, 및 복수의 제2 노드들을 통해서 LED 어레이에 연결되는 제1 스위치 회로를 포함할 수 있고, 제1 스위치 회로는, 복수의 제1 노드들 중 하나인 제1 공통 노드에 공통으로 연결되고 복수의 제2 노드들 각각에 연결된, 복수의 제1 스위치들, 및 복수의 제1 스위치들이 순차적으로 온(on)되고 순차적으로 오프(off)되도록, 복수의 제1 스위치들을 제어하는 제1 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, LED 드라이버는, 제1 공통 노드를 통해서 최대 크기의 LED 구동 전류를 인출할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 교류 전압의 피크가 기준치 미만인 경우, 복수의 제1 스위치들 중 적어도 하나는 항시 오프될 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 복수의 제1 스위치들은, 복수의 제2 노드들 중 하나 및 제1 공통 노드에 연결된 제1 트랜지스터, 복수의 제2 노드들 중 다른 하나 및 제1 공통 노드에 연결된 제2 트랜지스터를 포함할 수 있고, LED 구동 전류는, 제2 트랜지스터가 온되는 경우, 적어도 하나의 LED 중 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터가 각각 연결된 제2 노드들 사이 적어도 하나의 LED를 통과할 수 있고, 컨트롤러는, 제1 트랜지스터에 제1 제어 전압을 제공하고, 제2 트랜지스터에 제1 제어 전압 보다 높은 제2 제어 전압을 제공할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 제1 제어 전압 및 제2 전압 각각은, 직류 전압일 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 컨트롤러는, 제1 기준 전압에 기초하여 제1 제어 전압을 생성하는 제1 증폭기, 및 제2 기준 전압에 기초하여 제2 제어 전압을 생성하는 제2 증폭기를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 컨트롤러는, LED 어레이에 연결된 저항, 및 저항에 직렬 연결된 적어도 하나의 다이오드를 포함할 수 있고, 제1 제어 전압은, 적어도 하나의 다이오드에 의해서 제2 제어 전압으로부터 강하된 전압일 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, LED 드라이버는, 반도체 패키지에 포함될 수 있고, 제1 스위치 회로는, 반도체 패키지와 함께 인쇄 회로 기판에 실장될 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, LED 구동 장치는, 복수의 제3 노드들을 통해서 LED 어레이에 연결되는 제2 스위치 회로를 더 포함할 수 있고, 제2 스위치 회로는, 복수의 제1 노드들 중 하나인 제2 공통 노드에 공통으로 연결되고 복수의 제3 노드들에 각각 연결된, 복수의 제2 스위치들, 및 복수의 제2 스위치들이 순차적으로 온되고 순차적으로 오프되도록, 복수의 제2 스위치들을 제어하는 제2 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따른 LED 구동 장치 및 조명 기기에 의하면, 교류 전압으로부터 LED를 구동하는데 사용되는 전력의 손실이 최소화될 수 있고, 이에 따라 높은 효율의 조명 기기가 달성될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 LED 구동 장치 및 조명 기기에 의하면, 교류 전압의 피크가 변동하더라도 최대한의 LED들이 구동될 수 있고, 이에 따라 높은 전력 효율이 유지될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 LED 구동 장치 및 조명 기기에 의하면, 추가적인 전력 효율을 제공하는 스위치 회로가 용이하게 추가되거나 제거될 수 있고, 이에 따라 다양한 요건들에 대응하는 조명 기기들의 생산이 용이하게 가능할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 기재로부터 본 개시의 예시적 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기를 나타내는 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 조명 기기의 동작의 예시들을 나타내는 타이밍도들이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기를 나타내는 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 조명 기기의 동작의 예시들을 나타내는 타이밍도들이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스위치 회로를 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 스위치 회로의 예시들을 나타내는 회로도들이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 아니하는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기(10)를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 1의 블록도는 조명 기기(10)에 전력을 제공하는 교류 전압원을 조명 기기(10)와 함께 도시한다. 조명 기기(10)는 교류 전압(VAC)으로부터 제공된 전력에 기초하여 빛을 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 기기(10)는, 비제한적인 예시로서, 실내 조명, 실외 조명, 휴대 조면, 차량 조명 등을 위한 램프에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 기기(10)는 독립적으로 유통되는 단위로서 램프로부터 제거가능한 구조를 가질 수도 있다.
도 1을 참조하면, 조명 기기(10)는, 정류기(11), LED 어레이(12), LED 드라이버(13) 및 스위치 회로(14)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 기기(10)에 포함된 2이상의 구성요소들이 하나의 반도체 패키지에 포함될 수 있다. 예를 들면, 정류기(11), LED 드라이버(13) 및 스위치 회로(14)는 적어도 하나의 반도체 패키지에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 기기(10)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 반도체 패키지가 인쇄 회로 기판에 실장될 수 있다.
정류기(11)는 사인파와 같은 교류 전압(VAC)을 정류함으로써 정류된 전압(VREC)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 정류기(11)는 교류 전압(VAC)을 전파(full-wave) 정류할 수 있고, 정류된 전압(VREC)을 LED 어레이(12)에 제공할 수 있다. 본 명세서에서 정류기(11)는 전파 정류기로 가정되나, 본 개시의 예시적 실시예들이 이에 제한되지 아니하는 점이 유의된다.
LED 어레이(12)는 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다. 예를 들면, LED 어레이(12)는 단일 LED 또는 직렬 연결된 2이상의 LED들로 구성된 적어도 하나의 LED 스트링을 포함할 수 있다. LED 어레이(12)는, 일부 실시예들에서 실질적으로 동일한 색온도를 가지는 복수의 LED들을 포함할 수도 있고, 일부 실시예들에서 2이상의 상이한 색온도들을 각각 가지는 복수의 LED들을 포함할 수도 있다. LED 어레이(12)에 포함된 LED 스트링들 각각은 LED 구동 전류(ILED)의 적어도 일부를 수신할 수 있고, 자신을 통과하는 전류의 크기에 따라 결정된 세기로 빛을 방출할 수 있다.
LED 드라이버(13)는 LED 어레이(12)로부터 LED 구동 전류(ILED)를 인출(drain)할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, LED 드라이버(13)는 복수의 제1 노드들(N10)을 통해서 LED 구동 전류(ILED)를 인출할 수 있고, 이에 따라 정류기(11)로부터 LED 어레이(12)로 LED 구동 전류(ILED)가 흐를 수 있다. 도 3a 등을 참조하여 후술되는 바와 같이, LED 드라이버(13)는 LED 구동 전류(ILED)를 복수의 제1 노드들(N10)을 통해서 순차적으로 LED 어레이(12)로부터 인출할 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 정류된 전압(VREC)을 추종하는 크기를 가질 수 있다.
스위치 회로(14)는 LED 어레이(12) 및 LED 드라이버(13) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(14)는, 복수의 제1 노드들(N10) 중 하나(본 명세서에서, 제1 공통 노드로서 지칭될 수 있다)를 통해서 LED 드라이버(13)와 연결될 수 있고, 복수의 제2 노드들(N20)을 통해서 LED 어레이(12)와 연결될 수 있다. 도 4 등을 참조하여 후술되는 바와 같이, LED 드라이버(13)와 연결된 제1 노드(즉, 제1 공통 노드)를 통해서 출력되는 LED 구동 전류(ILED)는, 스위치 회로(14)에 의해서 복수의 제2 노드들(N20) 중 적어도 하나를 통해서 LED 어레이(12)로부터 인출될 수 있다. 이에 따라, 조명 기기(10)는, 도 5a를 참조하여 후술되는 바와 같이 높은 전력 효율을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 도 5b를 참조하여 후술되는 바와 같이 교류 전압(VAC)의 피크가 변동하더라도 높은 전력 효율을 유지할 수 있다.
일부 실시예들에서, 스위치 회로(14)는 LED 드라이버(13)에 독립적으로 구현될 수 있다. 예를 들면, LED 드라이버(13)는 반도체 패키지에 포함될 수 있고, 스위치 회로(14)는 별도의 반도체 패키지 또는 2이상의 반도체 패키지들로 구현되어 인쇄 회로 기판 상에 LED 드라이버(13)의 반도체 패키지와 함께 실장될 수 있다. 이에 따라, 스위치 회로(14)는 LED 어레이(12) 및 LED 드라이버(13)를 포함하는 조명 기기(10)에 용이하게 추가되거나 제거될 수 있고, 조명 기기(10)의 다양한 요건들(예컨대, 전력 효율, 비용, 부피 등)에 따라 스위치 회로(14)를 선택적으로 포함할 수 있다. 결과적으로 다양한 종류의 조명 기기들의 생산이 용이하게 가능할 수 있다. 본 명세서에서, LED 어레이(12)를 구동하기 위한 구성요소들, 즉 정류기(11), LED 드라이버(13) 및 스위치 회로(14)는 LED 구동 장치로서 총괄적으로 지칭될 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기(20)를 나타내는 회로도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 조명 기기(20)의 동작의 예시들을 나타내는 타이밍도들이다. 구체적으로, 도 2의 회로도는 1의 스위치 회로(14)가 생략된 조명 기기(20)를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 조명 기기(20)는 정류기(21), LED 어레이(22) 및 LED 드라이버(23)를 포함할 수 있다. 정류기(21)는 교류 전압(VAC)으로부터 정류된 전압(VREC)을 생성할 수 있다. LED 어레이(22)는 정류된 전압(VREC)을 수신할 수 있고, 상호 직렬 연결된 제1 내지 제4 LED 스트링(S1 내지 S4)을 포함할 수 있다. LED 드라이버(23)는 제1 내지 제4 LED 스트링(S1 내지 S4)에 각각 대응하는 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14)을 통해서 LED 어레이(22)와 연결될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)를 인출할 수 있다. 이를 위하여, LED 드라이버(23)는 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14)에 각각 연결된 제1 내지 제4 전류원(CS21 내지 CS24)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제4 전류원(CS21 내지 CS24)은 인에이블 상태에서 제1 내지 제4 전류(I1 내지 I4)를 각각 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 후술되는 바와 같이, 제1 내지 제4 전류(I1 내지 I4)는 순차적으로 증가하거나 같은 크기를 가질 수 있다(I1≤I2≤I3≤ I4).
제1 내지 제4 전류원(CS21 내지 CS24)은 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14)의 전압들에 따라 상호 배타적으로 각각 인에이블될 수 있다. 예를 들면, 정류된 전압(VREC)이 증가함에 따라 제1 내지 제4 전류원(CS21 내지 CS24)이 순차적으로 인에이블될 수 있고, 다른 전류원이 인에이블되면 기존에 인에이블되어 있던 전류원은 디스에이블될 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 드라이버(23)는 전술된 바에 따라 제1 내지 제4 전류원(CS21 내지 CS24)을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
이하에서, 4개의 LED 스트링들을 포함하는 LED 어레이 및 4개의 제1 노드들을 통해서 LED 어레이로부터 LED 구동 전류(ILED)를 인출하는 LED 드라이버가 주로 설명될 것이나, 본 개시의 예시적 실시예들이 이에 제한되지 아니하는 점이 유의된다. 예를 들면, LED 어레이(22)는 도 2에 도시된 바와 상이한 개수의 LED 스트링들을 포함할 수 있고, LED 드라이버(23)는 LED 스트링들에 대응하는 개수의 노드들을 통해서 LED 어레이(22)에 연결될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서 LED 스트링은 도 2에 도시된 바와 상이한 개수의 상호 직렬 연결된 LED들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 하나의 LED는 상호 병렬 연결된 2이상의 LED들을 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 제1 피크(PK1)를 가지는 정류된 전압(VREC)이 LED 어레이(22)에 제공될 수 있고, 제1 피크(PK1)는 후술되는 도 3b의 제2 피크(PK2)보다 클 수 있다(PK1>PK2). 시간 t11 내지 시간 t12 구간, 및 시간 t17 내지 시간 t18 구간에서, 제1 전류원(CS21)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제1 전류(I1)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이 제1 LED 스트링(S1)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t12 내지 시간 t13 구간, 및 시간 t16 내지 시간 t17 구간에서, 제2 전류원(CS22)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제2 전류(I2)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 LED 스트링(S1) 및 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t13 내지 t14 구간, 및 시간 t15 내지 t16 구간에서 제3 전류원(CS23)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제3 전류(I3)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t14 내지 시간 t15 구간에서 제4 전류원(CS24)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제4 전류(I4)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 LED 스트링(S1 내지 S4)이 빛을 방출할 수 있다.
도 3a에서 정류된 전압(VREC) 및 LED 구동 전류(ILED) 사이 해칭된 영역들은 전력 손실에 대응할 수 있고, 해칭된 영역들의 면적이 감소할수록 전력 효율이 증가할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 정류된 전압(VREC)의 절대 기울기가 상대적으로 낮은 구간, 즉 시간 t13 내지 시간 t14 구간, 및 시간 t15 내지 t16 구간에서 상대적으로 많은 전력 손실이 발생할 수 있다. 이하에서, 도 4 및 도 5a를 참조하여 후술되는 바와 같이, 도 1의 스위치 회로(14)는 시간 t13 내지 시간 t14 구간, 및 시간 t15 내지 t16 구간에서 발생하는 전력 손실을 줄일 수 있고, 이에 따라 높은 전력 효율을 가능하게 할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 도 3a의 제1 피크(PK1)보다 작은 제2 피크(PK2)를 가지는 정류된 전압(VREC)이 LED 어레이(22)에 제공될 수 있다(PK2<PK1). 다양한 요인들에 기인하여 조명 기기(20)에 공급되는 교류 전압(VAC)의 크기(예컨대, 피크)가 변동할 수 있고, 이에 따라 LED 어레이(22)에 제공되는 정류된 전압(VREC)의 크기 역시 변동할 수 있다. 시간 t21 내지 시간 t22 구간, 및 시간 t25 내지 시간 t26 구간에서, 제1 전류원(CS21)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제1 전류(I1)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 LED 스트링(S1)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t22 내지 시간 t23 구간, 및 시간 t24 내지 시간 t25 구간에서, 제2 전류원(CS22)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제2 전류(I2)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 LED 스트링(S1) 및 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t23 내지 t24 구간에서 제3 전류원(CS23)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제3 전류(I3)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3)이 빛을 방출할 수 있다.
도 3b에서 정류된 전압(VREC) 및 LED 구동 전류(ILED) 사이 해칭된 영역들은 전력 손실에 대응할 수 있고, 해칭된 영역들의 면적이 감소할수록 전력 효율이 증가할 수 있다. 도 3a의 예시와 상이하게, 도 3b에서 제4 전류원(CS24)은 인에이블되지 아니할 수 있고, 이에 따라 제4 LED 스트링(S4)은 빛을 방출하지 아니할 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 시간 t23 내지 시간 t24 구간에서 전력 손실이 증가할 수 있고, 이에 따라 도 3a의 예시보다 낮은 전력 효율이 발생할 수 있다. 이하에서, 도 4 및 도 5b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 도 1의 스위치 회로(14)는 시간 t23 내지 t24 구간에서 발생하는 전력 손실을 줄일 수 있고, 이에 따라 정류된 전압(VREC)의 크기가 감소하는 상황에서도 높은 전력 효율을 가능하게 할 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기(40)를 나타내는 회로도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 조명 기기(40)의 동작의 예시들을 나타내는 타이밍도들이다. 구체적으로, 도 4의 회로도는 스위치 회로(44)를 포함하는 조명 기기(40)를 나타낸다. 이하에서, 도 4, 도 5a 및 도 5b에 대한 설명 중 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 내용과 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 4를 참조하면, 조명 기기(40)는 정류기(41), LED 어레이(42), LED 드라이버(43) 및 스위치 회로(44)를 포함할 수 있다. 스위치 회로(44)는 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14) 중 제1 노드(즉, 제1 공통 노드)(N14)에 연결될 수 있고, 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)을 통해서 LED 어레이(42)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(44)는 제1 내지 제4 LED 스트링(S1 내지 S4) 중 LED 구동 전류(ILED)가 가장 나중에 통과하는 제4 LED 스트링(S4)과 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)을 통해서 연결될 수 있고, 제4 LED 스트링(S4)은 상호 직렬 연결된 제1 내지 제4 LED(D41 내지 D44)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 전술된 바와 같이, 일부 실시예들에서 제4 LED 스트링(S4)은 도 4에 도시된 바와 상이한 개수의 상호 직렬 연결된 LED들을 포함할 수 있고, 스위치 회로(44)는 도 4에 도시된 바와 상이한 개수의 제2 노드들을 통해서 제4 LED 스트링(S4)에 연결될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 제1 피크(PK1)를 가지는 정류된 전압(VREC)이 LED 어레이(42)에 제공될 수 있다. 시간 t31 내지 시간 t32 구간, 및 시간 t43 내지 시간 t44 구간에서, 제1 전류원(CS41)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제1 전류(I1)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 LED 스트링(S1)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t32 내지 시간 t33 구간, 및 시간 t42 내지 시간 t43 구간에서, 제2 전류원(CS42)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제2 전류(I2)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 LED 스트링(S1) 및 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t33 내지 t34 구간, 및 시간 t41 내지 t42 구간에서 제3 전류원(CS43)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제3 전류(I3)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3)이 빛을 방출할 수 있다.
시간 t34 내지 시간 t41 구간에서, 제4 전류원(CS44)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제4 전류(I4)와 일치할 수 있다. 구체적으로, 시간 t34 내지 시간 t35, 및 시간 t40 내지 t41 구간에서, 스위치 회로(44)는 LED 구동 전류(ILED)(즉, 제4 전류(I4))가 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24) 중 제1 다이오드(D41)의 캐쏘드(cathode)가 연결된 제2 노드(N21)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3) 및 제1 LED(D41)가 빛을 방출할 수 있다. 시간 t35 내지 시간 t36, 및 시간 t39 내지 시간 t40 구간에서, 스위치 회로(44)는 LED 구동 전류(ILED)가 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24) 중 제2 다이오드(D42)의 캐쏘드가 연결된 제2 노드(N22)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3), 제1 LED(D41) 및 제2 LED(D42)가 빛을 방출할 수 있다. 시간 t36 내지 시간 t37, 및 시간 t38 내지 시간 t39 구간에서, 스위치 회로(44)는 LED 구동 전류(ILED)가 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24) 중 제3 다이오드(D43)의 캐쏘드가 연결된 제2 노드(N23)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3), 제1 내지 제3 LED(D41 내지 D43)가 빛을 방출할 수 있다. 시간 t37 내지 시간 t38 구간에서, 스위치 회로(44)는 LED 구동 전류(ILED)가 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24) 중 제4 다이오드(N44)의 캐쏘드가 연결된 제2 노드(N24)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3), 제1 내지 제4 LED(D41 내지 D44)(즉, 제4 LED 스트링(S4))가 빛을 방출할 수 있다.
도 5a에서 정류된 전압(VREC) 및 LED 구동 전류(ILED) 사이 해칭된 영역들은 전력 손실에 대응할 수 있고, 해칭된 영역들의 면적이 감소할수록 전력 효율이 증가할 수 있다. 도 3a에서 제3 LED 스트링(S3)이 빛을 방출하는 구간(즉, 시간 t13 내지 t16 구간)보다, 도 5a에서 제3 LED 스트링(S3)이 빛을 방출하는 구간(즉, 시간 t33 내지 t42 구간)에서 전력 손실이 현저하게 감소할 수 있고, 이에 따라 전력 효율이 증가할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제2 피크(PK2)를 가지는 정류된 전압(VREC)이 LED 어레이(22)에 제공될 수 있다. 시간 t51 내지 시간 t52 구간, 및 시간 t59 내지 시간 t60 구간에서, 제1 전류원(CS41)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제1 전류(I1)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 LED 스트링(S1)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t52 내지 시간 t53 구간, 및 시간 t58 내지 시간 t59 구간에서, 제2 전류원(CS42)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제2 전류(I2)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 LED 스트링(S1) 및 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t53 내지 t54 구간, 및 시간 t57 내지 t58 구간에서 제3 전류원(CS43)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제3 전류(I3)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3)이 빛을 방출할 수 있다.
시간 t54 내지 시간 t57 구간에서 제4 전류원(CS44)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제4 전류(I4)와 일치할 수 있다. 구체적으로, 시간 t544 내지 시간 t55, 및 시간 t56 내지 t57 구간에서, 스위치 회로(44)는 LED 구동 전류(ILED)(즉, 제4 전류(I4))가 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24) 중 제1 다이오드(D41)의 캐쏘드가 연결된 제2 노드(N21)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3) 및 제1 LED(D41)가 빛을 방출할 수 있다. 시간 t55 내지 시간 t56 구간에서, 스위치 회로(44)는 LED 구동 전류(ILED)가 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24) 중 제2 다이오드(D42)의 캐쏘드가 연결된 제2 노드(N22)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 LED 스트링(S1 내지 S3), 제1 LED(D41) 및 제2 LED(D42)가 빛을 방출할 수 있다.
도 5b에서 정류된 전압(VREC) 및 LED 구동 전류(ILED) 사이 해칭된 영역들은 전력 손실에 대응할 수 있고, 해칭된 영역들의 면적이 감소할수록 전력 효율이 증가할 수 있다. 도 3b에서 제3 LED 스트링(S3)이 빛을 방출하는 구간(즉, 시간 t23 내지 시간 t24 구간)보다, 도 5b에서 제3 LED 스트링(S3)이 빛을 방출하는 구간(즉, 시간 t53 내지 시간 t58)에서 전력 손실이 현저하게 감소할 수 있고, 이에 따라 감쇠된 크기의 정류된 전압(VREC)에도 불구하고 전력 효율이 유지되거나 증가할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스위치 회로(60)를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 6의 블록도는 도 4의 스위치 회로(44)의 예시를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(60)는 컨트롤러(61) 및 복수의 스위치들(62)을 포함할 수 있다. 이하에서, 도 6은 도 4를 참조하여 설명될 것이다.
복수의 스위치들(62)은, 하나의 제1 노드에 공통으로 연결될 수 있고 복수의 제2 노드들에 각각 연결될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 스위치들(62)은, 제1 노드(N14)에 연결되고 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)에 각각 연결된 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4) 각각은, 온(on)(또는 턴-온) 상태에서 양단을 전기적으로 접속(connection)할 수 있고, 오프(off)(또는 턴-오프) 상태에서 양단을 전기적으로 단선(disconnection)할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4) 각각은 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 도 5b를 참조하여 전술된 바와 같이, 정류된 전압(VREC)(또는 교류 전압(VAC))의 피크가 기준치 미만인 경우, 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4) 중 제4 스위치(SW4)를 포함하는 적어도 하나의 스위치가 항시 오프될 수 있다.
컨트롤러(61)는 복수의 스위치들(62)을 제어하기 위한 복수의 제어 신호들을 생성할 수 있다. 도 5a 내지 도 5b를 참조하여 전술된 바와 같이, 제1 노드(N14)에 연결된 제4 전류원(CS44)이 인에이블되는 구간에서, LED 구동 전류(ILED)(즉, 제4 전류(I4))는 정류된 전압(VREC)의 크기에 따라 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)을 통해서 순차적으로 흐를 수 있다. 이를 위하여, 컨트롤러(61)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)가 적절한 타이밍에 온되고 오프되도록, 제1 내지 제4 제어 신호(CTR1 내지 CTR4)를 생성할 수 있다. 컨트롤러(61)의 예시들이 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 후술될 것이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 스위치 회로의 예시들을 나타내는 회로도들이다. 구체적으로, 도 7a 내지 도 7c의 회로도들은 도 4의 스위치 회로(44)의 예시들을 나타낸다. 이하에서, 도 7a 내지 도 7c는 도 4를 참조하여 설명될 것이며, 도 7a 내지 도 7c에 대한 설명 중 상호 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 7a를 참조하면, 스위치 회로(70a)는 컨트롤러(71a) 및 복수의 스위치들(72a)을 포함할 수 있다. 복수의 스위치들(72a)은, 제1 노드(N14)에 공통으로 연결되고 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)에 각각 연결된 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)를 포함할 수 있다. 비록 도 7a에서, 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)는 NFET(n-channel field effect transistor)인 것으로 도시되었으나, 본 개시의 예시적 실시예들은 이에 제한되지 아니하고, 복수의 스위치들(72a)은 임의의 유형의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 복수의 스위치들(72a)은 접합형(bipolar junction) 트랜지스터들을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)는 상이한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 트랜지스터(M1)는 제2 내지 제4 트랜지스터(M2 내지 M4)보다 작은 크기를 가질 수 있다.
컨트롤러(71a)는 제1 내지 제4 전압원(VS1 내지 VS4)을 포함할 수 있고, 도 6의 제1 내지 제4 제어 신호들(CTR1 내지 CTR4)에 각각 대응하는 제1 내지 제4 제어 전압(VCTR1 내지 VCTR4)을 생성할 수 있다. 제1 내지 제4 전압원(VS1 내지 VS4) 각각은 양의 직류 전압을 생성하는 임의의 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 제어 전압(VCTR1 내지 VCTR4)은 순차적으로 증가할 수 있고(VCTR1<VCTR2<VCTR3< VCTR4), 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)의 제어 전극(또는 게이트)에 각각 제공될 수 있다.
아래 [수학식 1]이 충족되는 경우, 제1 트랜지스터(M1)가 턴-온될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)가 제1 트랜지스터(M1)를 통해서 흐를 수 있다.
Figure 112021105999831-pat00001
[수학식 1]에서, VN13은 도 4의 제1 노드(N13)의 전압이고, VD41은 제1 LED(D41)의 포워드 전압이고, VTH는 제1 트랜지스터(M1)의 문턱 전압이다.
정류된 전압(VREC)이 증가함에 따라 아래 [수학식 2]가 충족되는 경우, 제2 트랜지스터(M2)가 턴-온될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)가 제2 트랜지스터(M2)를 통해서 흐를 수 있다.
Figure 112021105999831-pat00002
[수학식 2]에서, VD42는 제2 LED(D42)의 포워드 전압이다. 이 때 제1 트랜지스터(M1) 역시 턴-온될 수 있으나, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압 VGS1은 제2 트랜지스터(M2)의 게이트-소스 전압 VGS2보다 작을 수 있고(VGS1<VGS2), 이에 따라 LED 구동 전류(ILED)의 대부분은 제2 트랜지스터(M2)를 통해서 흐를 수 있다.
정류된 전압(VREC)이 증가함에 따라 아래 [수학식 3]이 충족되는 경우, 제3 트랜지스터(M3)가 턴-온될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)가 제3 트랜지스터(M3)를 통해서 흐를 수 있다.
Figure 112021105999831-pat00003
[수학식 3]에서, VD43는 제3 LED(D43)의 포워드 전압이다. 이 때 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 역시 턴-온될 수 있으나, 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)의 게이트-소스 전압들 VGS1, VGS2은 제3 트랜지스터(M3)의 게이트-소스 전압 VGS3보다 작을 수 있고(VGS1<VGS2<VGS3), 이에 따라 LED 구동 전류(ILED)의 대부분은 제3 트랜지스터(M3)를 통해서 흐를 수 있다.
정류된 전압(VREC)이 증가함에 따라 아래 [수학식 4]가 충족되는 경우, 제4 트랜지스터(M4)가 턴-온될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)가 제4 트랜지스터(M4)를 통해서 흐를 수 있다.
Figure 112021105999831-pat00004
[수학식 4]에서, VD44는 제4 LED(D44)의 포워드 전압이다. 이 때 제1 내지 제3 트랜지스터(M1 내지 M3) 역시 턴-온될 수 있으나, 제1 내지 제3 트랜지스터(M1 내지 M3)의 게이트-소스 전압들 VGS1, VGS2, VGS3는 제4 트랜지스터(M4)의 게이트-소스 전압 VGS4보다 작을 수 있고(VGS1<VGS2<VGS3<VGS4), 이에 따라 LED 구동 전류(ILED)의 대부분은 제4 트랜지스터(M4)를 통해서 흐를 수 있다.
도 7b를 참조하면, 스위치 회로(70b)는 컨트롤러(71b) 및 복수의 스위치들(72b)을 포함할 수 있다. 복수의 스위치들(72b)은, 제1 노드(N14)에 공통으로 연결되고 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)에 각각 연결된 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(71b)는, 도 7a의 컨트롤러(71a)와 유사하게 제1 내지 제4 전압원(VS1 내지 VS4)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제4 증폭기(A1 내지 A4)를 더 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 증폭기(A1 내지 A4)은 연산(operational) 증폭기들일 수 있고, 제1 내지 제4 전압원(VS1 내지 VS4)에 각각 연결된 비반전(non-inverting) 입력들을 각각 포함할 수 있고, 제1 노드(N14)에 연결된 반전(inverting) 입력들을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 7a의 컨트롤러(71a)와 비교할 때, 도 7b의 컨트롤러(71b)는 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)를 더욱 민감하게 제어할 수 있고, 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)는 더욱 확실하게 턴-온되거나 턴-오프될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 스위치 회로(70c)는 컨트롤러(71c) 및 복수의 스위치들(72c)을 포함할 수 있다. 복수의 스위치들(72c)은, 제1 노드(N14)에 공통으로 연결되고 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)에 각각 연결된 제1 내지 제4 트랜지스터(M1 내지 M4)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(71b)는 저항(R), 제1 내지 제3 다이오드(D1 내지 D3) 및 제너 다이오드(DZ)를 포함할 수 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 저항(R)은 제1 노드(N13)에 연결될 수 있고, 제1 내지 제3 다이오드(D1 내지 D3)는 저항(R) 및 제너(Zener) 다이오드(DZ) 사이에서 상호 직렬 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7c의 도시에도 불구하고, 제1 내지 제3 다이오드(D1 내지 D3) 각각은 상호 직렬 및/또는 병렬 연결된 2이상의 다이오드들을 포함할 수 있고, 제너 다이오드(DZ) 역시 상호 직렬 및/또는 병렬 연결된 2이상의 제너 다이오드들을 포함할 수 있다. 다이오드들 및 제너 다이오드들의 개수 및 배치는, 요구되는 제1 내지 제4 제어 전압(VCTR1 내지 VCTR4)에 기초하여 결정될 수 있다.
정류된 전압(VREC)이 증가함에 따라 제1 노드(N13)의 전압이 증가할 수 있고, 이에 따라 순차적으로 증가하는 제1 내지 제4 제어 전압(VCTR1 내지 VCTR4)이 생성될 수 있다. 저항(R)에 의해서 제너 다이오드(DZ) 및 제1 내지 제3 다이오드(D1 내지 D3)를 구동하기 위한 전류가 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7c에 도시된 바와 상이하게, 저항(R)은 도 4의 제1 노드(N12) 또는 제3 LED 스트링(S3)의 내부 노드와 같이, 제1 노드(N13)보다 높은 전압을 제공하는 노드에 연결될 수도 있다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기(80)를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 8의 블록도는 복수의 스위치 회로들을 포함하는 조명 기기(80)를 나타낸다. 이하에서, 도 8에 대한 설명 중 도 4에 대한 설명과 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 8을 참조하면, 조명 기기(80)는, 도 4의 조명 기기(40)와 유사하게 정류기(81), LED 어레이(82), LED 드라이버(83) 및 제1 스위치 회로(84)를 포함할 수 있고, 제2 스위치 회로(85)를 더 포함할 수 있다. LED 드라이버(83)는 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14)을 통해서 LED 어레이(82)로부터 LED 전류(ILED)를 인출할 수 있다. 제1 스위치 회로(84)는, 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14) 중 제1 노드(N14)(즉, 제1 공통 노드)에 연결될 수 있고, 4개의 제2 노드들(N21 내지 N24)을 통해서 LED 어레이(82)에 연결될 수 있다. 도면들을 참조하여 전술된 바와 같이, 제1 스위치 회로(84)는 전력 손실을 줄임으로써 전력 효율을 증가시킬 수 있고, 교류 전압(VAC)의 크기가 변동하더라도 전력 손실을 유지하거나 증가시킬 수 있다.
조명 기기(80)는 전력 손실을 더욱 감소시키기 위하여 제2 스위치 회로(85)를 더 포함할 수 있다. 제2 스위치 회로(85)는 4개의 제1 노드들(N11 내지 N14) 중 제1 노드(N13)(본 명세서에서, 제2 공통 노드로서 지칭될 수 있다)에 연결될 수 있고, 4개의 제3 노드들(N31 내지 N34)을 통해서 LED 어레이(82)에 연결될 수 있다. 제2 스위치 회로(85)는 제1 스위치 회로(84)와 동일한 구조를 가질 수 있고, 이에 따라 제1 노드(N13)를 통해서 인출되는 LED 전류(ILED)가 4개의 제3 노드들(N31 내지 N34) 중 하나를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 기기(80)는 제1 스위치 회로(84) 및 제2 스위치 회로(85)와 유사하게 LED 드라이버(83) 및 LED 어레이(82) 사이에 연결된 적어도 하나의 추가적인 스위치 회로를 더 포함할 수도 있다. 제2 스위치 회로(85)에 의해서 전력 효율이 증가하는 동작의 예시가 도 9를 참조하여 후술될 것이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조명 기기의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 9의 타이밍도는 도 8의 조명 기기(80)의 동작의 예시를 나타낸다. 이하에서, 도 9는 도 8을 참조하여 설명될 것이다.
도 9를 참조하면, 제1 피크(PK1)를 가지는 정류된 전압(VREC)이 LED 어레이(82)에 제공될 수 있다. 시간 t71 내지 시간 t72 구간, 및 시간 t77 내지 시간 t78 구간에서, 제1 전류원(CS81)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제1 전류(I1)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 9에 도시된 바와 같이 제1 LED 스트링(S1)이 빛을 방출할 수 있다. 시간 t72 내지 시간 t73 구간, 및 시간 t76 내지 시간 t77 구간에서, 제2 전류원(CS2)만이 인에이블될 수 있고, LED 구동 전류(ILED)는 제2 전류(I2)와 일치할 수 있으며, 이에 따라 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 LED 스트링(S1) 및 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출할 수 있다.
시간 t74 내지 시간 t74 구간에서, 제2 스위치 회로(85)에 의해 제3 LED 스트링(S3)의 제1 내지 제4 LED(D31 내지 D34)에 순차적으로 LED 구동 전류(ILED)가 통과할 수 있다. 또한, 시간 t75 내지 시간 t76 구간에서, 제2 스위치 회로(85)에 의해 제3 LED 스트링(S3)의 제4 내지 제1 LED(D34 내지 D31)에 순차적으로 LED 구동 전류(ILED)가 차단될 수 있다. 유사하게, 시간 t74 내지 t75 구간에서, 제1 스위치 회로(84)에 의해 제4 LED 스트링S4)의 제1 내지 제4 LED(D41 내지 D44)에 순차적으로 LED구동 전류(ILED)가 통과하고, 이후 제4 LED 스트링(S4)의 제4 내지 제1 LED(D44 내지 D41)에 순차적으로 LED 구동 전류(ILED)가 차단될 수 있다.
도 5a에서 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출하기 시작한 시간부터 제4 LED 스트링(S4)(즉, 제1 다이오드(D41))이 빛을 방출하기 시작한 시간까지의 구간(즉, 시간 t32 내지 시간 t33 구간, 및 시간 t42 내지 시간 t43 구간)에서의 전력 손실 보다, 도 9에서 제2 LED 스트링(S2)이 빛을 방출하기 시작한 시간부터 제4 LED 스트링(S4)(즉, 제1 다이오드(D41))이 빛을 방출하기 시작한 시간까지의 구간(즉, 시간 t72 내지 시간 t74 구간, 및 시간 t75 내지 시간 t77 구간)에서 전력 손실이 감소할 수 있고, 이에 따라 제2 스위치 회로(85)에 의해서 전력 효율이 증가할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 LED(light emitting diode)들을 포함하는 LED 어레이를 구동하기 위한 LED 구동 장치로서,
    교류 전압으로부터 정류된 전압을 상기 LED 어레이에 제공하도록 구성된 정류기;
    LED 구동 전류를 복수의 제1 노드들을 통해서 순차적으로 상기 LED 어레이로부터 인출하도록 구성된 LED 드라이버; 및
    복수의 제2 노드들을 통해서 상기 LED 어레이에 연결되는 제1 스위치 회로를 포함하고,
    상기 제1 스위치 회로는,
    상기 복수의 제2 노드들 각각에 연결된, 복수의 제1 스위치들; 및
    상기 LED 드라이버가 상기 복수의 제1 노드들 중 하나인 제1 공통 노드를 통해서 상기 LED 구동 전류를 인출하는 동안, 상기 복수의 제1 스위치들이 순차적으로 온(on)되고 오프(off)되도록, 상기 복수의 제1 스위치들을 제어하도록 구성된 제1 컨트롤러를 포함하고,
    상기 복수의 제1 스위치들 각각은, 상기 제1 컨트롤러에 의해서 온되는 경우, 상기 복수의 제2 노드들 중 자신에 연결된 제2 노드로부터 상기 제1 공통 노드로 상기 LED 구동 전류를 통과시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 드라이버는, 상기 제1 공통 노드를 통해서 최대 크기의 상기 LED 구동 전류를 인출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 교류 전압의 피크가 기준치 미만인 경우, 상기 복수의 제1 스위치들 중 적어도 하나는 항시 오프되는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제1 스위치들은,
    상기 복수의 제2 노드들 중 하나 및 상기 제1 공통 노드에 연결된 제1 트랜지스터;
    상기 복수의 제2 노드들 중 다른 하나 및 상기 제1 공통 노드에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 LED 구동 전류는, 상기 제2 트랜지스터가 온되는 경우, 상기 적어도 하나의 LED 중 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터가 각각 연결된 제2 노드들 사이 적어도 하나의 LED를 통과하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 트랜지스터에 제1 제어 전압을 제공하고, 상기 제2 트랜지스터에 상기 제1 제어 전압 보다 높은 제2 제어 전압을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 제어 전압 및 상기 제2 제어 전압 각각은, 직류 전압인 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    제1 기준 전압에 기초하여 상기 제1 제어 전압을 생성하도록 구성된 제1 증폭기; 및
    제2 기준 전압에 기초하여 상기 제2 제어 전압을 생성하도록 구성된 제2 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 LED 어레이에 연결된 저항; 및
    상기 저항에 직렬 연결된 적어도 하나의 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 제어 전압은, 상기 적어도 하나의 다이오드에 의해서 상기 제2 제어 전압으로부터 강하된 전압인 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 드라이버는, 반도체 패키지에 포함되고,
    상기 제1 스위치 회로는, 상기 반도체 패키지와 함께 인쇄 회로 기판에 실장되는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    복수의 제3 노드들을 통해서 상기 LED 어레이에 연결되는 제2 스위치 회로를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치 회로는,
    상기 복수의 제1 노드들 중 하나인 제2 공통 노드에 공통으로 연결되고 상기 복수의 제3 노드들에 각각 연결된, 복수의 제2 스위치들; 및
    상기 복수의 제2 스위치들이 순차적으로 온되고 순차적으로 오프되도록, 상기 복수의 제2 스위치들을 제어하도록 구성된 제2 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
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